[发明专利]一种隧道横断面几何形态检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种隧道横断面几何形态检测装置及检测方法，其包括定位纠偏系统、测量系统、数据处理与存储系统、控制系统、输入系统、输出系统及底座，定位纠偏系统用于测量前的隧道水平、倾斜以及轴线纠偏，测量系统用于隧道轴线纠偏与断面轮廓测量阶段的数据采集，数据处理与存储系统将采集的数据进行处理得到隧道轴线坐标、断面轮廓线及可视化结果；控制系统控制所述测量系统的旋转以及数据的采集频率；所述输入系统与输出系统用于参数输入以及数据与分析结果的导出。本发明隧道横断面几何形态检测装置具有测点多、测量速度快、成本低等优点，可测量得到断面形态，还可以对隧道的平整度、超欠挖情况作出判断，适用于各种断面的隧道。

技术领域

本发明涉及隧道断面几何检测领域，特别是涉及一种可自动确定隧道轴线的隧道横断面几何形态检测装置及检测方法，旨在提高隧道横断面检测的精度和效率。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，隧道工程大量涌现，隧道建设的标准也不断提高。在隧道施工过程中，常会遇到超欠挖的情况，超挖会增加开挖和初支成本，欠挖会导致隧道净空不够、影响初支质量，进而影响结构安全。在隧道运营过程中，结构可能出现收敛变形，不仅影响隧道的正常使用，还会危害到隧道结构的安全。准确测量隧道超欠挖及隧道变形等情况，及时发现隧道的薄弱部分，对于保证隧道施工运营的安全具有重要意义。

传统隧道断面测量技术主要使用收敛计、水准仪、全站仪等仪器。

收敛计是用于测量两点之间相对距离的一种便携式仪器，适用于测量隧道两侧的相对位移。将预埋件放入隧道两壁的基准点中，然后用收敛计将两基准点连接。当两基准点间随时间发生相对位移时，收敛计会自动保存不同时间内所测的相对位移。水准仪是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器，用于测量拱顶位移和地表位移，通常与收敛计配合使用，同时获取隧道的横向位移和纵向位移。全站仪，即全站型电子测距仪，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。全站仪可通过直接测取断面上界限控制点的三维坐标进行隧道断面轮廓测量。另外还有基于激光扫描的隧道断面测量技术。

目前采用收敛计，可以较为准确测量测点之间的距离，但无法获取全断面的形状；全站仪、水准仪，通常限于测量少量点的坐标，检测效率低下，因此无法获取隧道全断面几何形态。三维激光扫描，可以获取隧道三维几何形态，但仪器价格高，点云数据处理时间长，且扫描速度较慢。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种成本低、测量速度快、测点多、且能获取隧道全断面几何形态的隧道横断面几何形态检测装置及检测方法。

为达到上述目的，本发明提出一种隧道横断面几何形态检测装置，其包括定位纠偏系统、测量系统、数据处理与存储系统、控制系统、输入系统、输出系统及底座，所述定位纠偏系统连接测量系统，所述定位纠偏系统通过所述控制系统连接所述数据处理与存储系统，所控制系统通过控制线连接所述测量系统，所述输入系统连接所述控制系统，所述输出系统连接所述数据处理与存储系统；所述定位纠偏系统用于测量前的隧道水平、倾斜以及轴线纠偏，所述测量系统用于隧道轴线纠偏与断面轮廓测量阶段的数据采集，所述数据处理与存储系统将采集的数据进行处理得到隧道轴线坐标、断面轮廓线及可视化结果；所述控制系统控制所述测量系统的旋转以及数据的采集频率；所述输入系统与输出系统用于参数输入以及数据与分析结果的导出。

所述定位纠偏系统包括基座、整平单元、水平刻度盘、竖直刻度盘及转动单元，所述转动单元能驱动检测装置主体沿所述水平刻度盘转动及驱动所述测量系统沿所述竖直刻度盘转动，所述转动单元包括水平转轴与竖直转轴，所述水平转轴位于所述基座上部，控制检测装置主体沿水平刻度盘转动，所述水平转轴与所述水平刻度盘平行，该水平刻度盘周边设有刻度，所述竖直转轴与所述竖直刻度盘平行设置，所述竖直刻度盘周边设有刻度；所述水平刻度盘上设有转台，该转台上设有能罩住该转台的“凹”形壳体。

所述整平单元包括圆水准气泡与三个转角螺旋，该三个转角螺旋设于所述基座与所述水平转轴之间，该圆水准气泡设于所述壳体上表面。